Учебное пособие 1986

Рис. 9.3. Внешний вид встроенных в окно проветривателей

[http://проветриватель.рф/?yclid=941947237813197992]

10. Энергоэффективные лампочки

Энергоэффективная лампа – электрическая лампа, обладающая существенно большей светоотдачей (соотношением между световым потоком и потребляемой мощностью). Благодаря этому замена ламп накаливания на энергосберегающие способствует экономии электроэнергии [8]. Существует несколько разновидностей энергоэффективных ламп. Рассмотрим основные из них.

Широкое распространение в быту и промышленности получили газоразрядные лампы. Газоразрядная лампа – источник света, излучающий энергию в видимом диапазоне [10]. Их классификация приведена на рис. 10.1.

Газосветные лампы, являющиеся разновидностью газоразрядных, в свою очередь подразделяются на натриевые, ксеноновые и неоновые светильники (см. рис. 10.2).

61

Рис. 10.1. Классификация газоразрядных ламп

Рис. 10.2. Классификация газосветных ламп

Для уличного освещения и подсветки фасадов очень часто применяются натриевые лампы. К преимуществам их можно отнести:

большой срок службы;

применение как для наружного, так для внутреннего освещения;

62

создание приятного золотисто-белого света. Недостатками натриевых ламп являются:

включение ламп в электрическую сеть через пускорегулирующие аппараты;

утепление разрядных Na трубок для эффективной работы. Ртутные лампы, являющиеся разновидностью газоразрядных ламп, в свою очередь подразделяются на: кварцевые,

бактерицидные и люминесцентные (см. рис. 10.3).

Рис. 10.3. Классификация ртутных ламп

Люминесцентная лампа – газоразрядный источник света, в котором электрический разряд в парах ртути создаёт ультрафиолетовое излучение, которое преобразовывается в видимый свет с помощью люминофора – смеси фосфора с другими элементами.

Разновидности люминесцентных ламп:

лампы высокого давления - для уличного освещения и в осветительных установках большой мощности;

лампы низкого давления - для освещения жилых и производственных помещений.

63

К преимуществам люминесцентных ламп относятся: большая светоотдача; приближенный к естественному спектр излучения лампы; разнообразие оттенков света; рассеянный свет; длительный срок службы.

Недостатками люминесцентных ламп являются:

химическая опасность (люминесцентные лампы содержат ртуть в количестве от 10 мг до 1 г);

неравномерный линейчатый спектр, неприятный для глаз и вызывающий искажения цвета освещённых предметов (существуют лампы с люминофором спектра, близкого к сплошному, но имеющие меньшую светоотдачу);

деградация люминофора со временем – уменьшению светоотдачи;

мерцание лампы с удвоенной частотой питающей сети;

инерционность при включении.

Рассмотрим принцип работы люминесцентных ламп. При работе люминесцентной лампы между двумя электродами, находящимися в противоположных концах лампы, горит дуговой разряд. Лампа заполнена инертным газом и парами ртути, проходящий ток приводит к появлению ультрафиолетового излучения. Это излучение невидимо для человеческого глаза, поэтому его преобразуют в видимый свет с помощью явления люминесценции. Внутренние стенки лампы покрыты специальным веществом – люминофором, которое поглощает ультрафиолетовое излучение и излучает видимый свет. Изменяя состав люминофора, можно менять оттенок свечения лампы. В качестве люминофора используют в основном галофосфаты кальция и ортофосфаты кальция-цинка [17].

В России «03» сентября 2010 года было принято Постановление № 681 «Об утверждении Правил обращения с отходами производства и потребления в части осветительных устройств,

64

электрических ламп, ненадлежащие сбор, накопление, использование, обезвреживание, транспортирование и размещение которых может повлечь причинение вреда жизни, здоровью граждан, вреда животным, растениям и окружающей среде», которое описывает правила обращения и утилизации ртутных ламп. Оно регламентирует сбор данных осветительных приборов в специальные контейнеры и правила переработки и захоронения. Пункт 18 Постановления № 681 от 03.09.2010 г. гласит: «Размещение отработанных ртутьсодержащих ламп не может осуществляться путем захоронения». В пункте 19 Постановления № 681 от 03.09.2010 г. говорится: «Обезвреживание отработанных ртутьсодержащих ламп осуществляется специализированными организациями, осуществляющими их переработку методами, обеспечивающими выполнение санитарно-гигиенических, экологических и иных требований» [15].

Светодиодная лампа. Светодиод – полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

Все типы светодиодных светильников можно разделить на три группы:

для улиц, парков, дорог, для архитектурного освещения [10] (имеют хорошую защиту от влаги и пыли, кроме того, корпус обычно выполняет роль теплоотвода и изготавливается из хорошо проводящих тепломатериалов [10]);

для производственных целей, ЖКХ и офисов (в данной сфере к осветительным приборам предъявляются повышенные требования к качеству освещения, в том числе к стабильности и цветопередаче, условиям эксплуатации [10]);

для бытовых нужд (светильники должны удовлетворять многочисленным требованиям к качеству освещения, электробезопасности, пожароопасности и, в немалой степени, к внешнему виду).

К преимуществам светодиодных ламп относятся: низкое энергопотребление;

65

долгий срок службы от 30 000 до 50 000 и более часов; простота установки; низкая температура корпуса;

высокая механическая прочность; небольшие габариты; виброустойчивость; богатая цветовая гамма; отсутствие инерционности.

Недостатками светодиодных ламп являются: высокая цена;

уменьшение яркости при длительной эксплуатации. Сравнение величины затрат на электроэнергию различ-

ных осветительных приборов приведено в табл. 10.1.

11. Частотно-регулируемый привод

Частотно-регулируемый привод (ЧРП) – система управ-

ления частотой вращения ротора асинхронного (синхронного) электродвигателя.

Состоит из собственно электродвигателя и частотного преобразователя.

К преимуществам применения ЧРП относятся: полная защита электродвигателя;

плавное регулирование скорости вращения электродвигателя практически от нуля до номинального значения при сохранении максимального момента на валу;

уменьшение потребления электроэнергии за счет оптимального управления электродвигателем в зависимости от нагрузки;

плавный пуск электродвигателя с током, не превышающим номинального значения;

устранение пиковых нагрузок на электросеть и просадок напряжения в ней в момент пуска электродвигателя;

увеличение срока службы электродвигателя и оборудования;

повышение надежности, упрощение технического обслуживания.

Недостатки применения ЧРП:

большинство моделей ЧРП являются источником помех; сравнительно высокая стоимость для ЧРП большой мощности.

12. Солнечная энергетика

Солнечная энергетика основана на использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергия одна из самых распространённых в мире, однако существует ряд проблем, связанных с её использованием.

67

К недостатки солнечной энергетики относятся:

1.Фундаментальные проблемы:

необходима большая площадь земли под электростанции (для электростанции мощностью 1 ГВт это может быть несколько десятков квадратных километров);

поток солнечной энергии на поверхности Земли зависит от широты и климата (в разных местах среднее количество солнечных дней в году может различаться очень сильно).

2. Технические проблемы:

солнечная электростанция не работает ночью и недостаточно эффективно работает в утренних и вечерних сумерках (возникает необходимость использования эффективных электрических аккумуляторов либо строительства гидроаккумулирующих станций); дороговизна солнечных фотоэлементов; низкий КПД солнечных;

поверхность фотопанелей нужно очищать от пыли и других загрязнений;

эффективность фотоэлектрических элементов заметно падает при их нагреве (возникает необходимость в установке систем охлаждения, обычно водяных); через 30 лет эксплуатации эффективность фотоэлектрических элементов начинает снижаться.

3.Экологические проблемы:

фотоэлементы содержат ядовитые вещества (свинец, кадмий, галлий, мышьяк и т. д.) и их производство требует применения других опасных веществ;

сложность утилизации (современные фотоэлементы имеют срок службы 30 –50 лет).

В последнее время начинает активно развиваться производство тонкоплёночных фотоэлементов, в составе которых содержится всего около 1 % кремния. Из-за низкого содержания кремния тонкоплёночные фотоэлементы дешевле в произ-

68

водстве, но пока имеют меньшую эффективность. Так, например, в 2005 г. компания «Shell» приняла решение сконцентрироваться на производстве тонкоплёночных элементов, и продала свой бизнес по производству кремниевых фотоэлектрических элементов.

Компания Solatec LLC продаёт тонкоплёночные фотоэлектрические элементы для установки на крышу гибридного автомобиля Toyota Prius. Тонкоплёночные фотоэлементы имеют толщину 0,6 мм, что никак не влияет на аэродинамику автомобиля. Фотоэлементы предназначены для зарядки аккумуляторов, что позволяет увеличить пробег автомобиля на 10%.

Солнечная батарея – фотоэлектрические преобразователи, преобразующие солнечную энергию в постоянный электрический ток.

Солнечный коллектор – устройство для сбора тепловой энергии Солнца, переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением (см. рис. 12.1).

Рис. 12.1. Внешний вид и разрез плоских и вакуумных коллекторов

69

Фотоэлектрические элементы могут устанавливаться на различных транспортных средствах: лодках, электромобилях и гибридных автомобилях, самолётах, дирижаблях и т.д. (см.

рис. 12.3).

Рис. 12.2. Внешний вид коллектора-концентратора

[http://anonymous-news.com/2-sahara-sun-power-world/]

Рис. 12.3. Солнечный транспорт

[https://pikabu.ru/story/samolet_s_solnechnyimi_kryilyami_25 9730]

70